Конвертер довжини та відстані Конвертер маси Конвертер мір об'єму сипких продуктів і продуктів харчування Конвертер площі Конвертер об'єму та одиниць вимірювання в кулінарних рецептах Конвертер температури Конвертер тиску, механічної напруги, модуля Юнга Конвертер енергії та роботи Конвертер сили Конвертер сили Конвертер часу теплової ефективності та паливної економічності Конвертер чисел у різних системах числення Конвертер одиниць вимірювання кількості інформації Курси валют Розміри жіночого одягу та взуття Розміри чоловічого одягу та взуття Конвертер кутової швидкості та частоти обертання Конвертер прискорення Конвертер кутового прискорення Конвертер густини Конвертер питомого об'єму Конвертер Конвертер обертального моменту Конвертер питомої теплоти згоряння (за масою) Конвертер щільності енергії та питомої теплоти згоряння палива (за об'ємом) Конвертер різниці температур Конвертер коефіцієнта теплового розширення Конвертер термічного опору Конвертер питомої теплопровідності Конвертер питомої теплоємності Конвертер коефіцієнта тепловіддачі Конвертер об'ємної витрати Конвертер масової витрати Конвертер молярної витрати Конвертер щільності потоку маси Конвертер молярної концентрації Конвертер масової концентрації в розчині Конвертер динамічної (абсолютної) в'язкості Конвертер кінематичної в'язкості Конвертер поверхневого натягу Конвертер поверхневого натягу чутливості мікрофонів Конвертер рівня звукового тиску (SPL) Конвертер рівня звукового тиску з можливістю вибору опорного тиску Конвертер яскравості Конвертер сили світла Конвертер освітленості Конвертер роздільної здатності в комп'ютерній графіці Конвертер частоти та довжини хвилі Оптична сила в діоптріях та фокусна відстань Оптична сила в діоптріях та збільшення лін електричного заряду Конвертер лінійної щільності заряду Конвертер поверхневої щільності заряду Конвертер об'ємної щільності заряду Конвертер електричного струму Конвертер лінійної щільності струму Конвертер напруженості електричного поля Конвертер електричного потенціалу і напруги ой провідності Електрична ємність Конвертер індуктивності Конвертер Американського калібру проводів Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ватах та ін. одиницях Конвертер магніторушійної сили Конвертер напруженості магнітного поля Конвертер магнітного потоку Конвертер магнітної індукції Радіація. Конвертер потужності поглиненої дози іонізуючого випромінювання Радіоактивність. Конвертер радіоактивного розпаду Радіація. Конвертер експозиційної дози. Конвертер поглиненої дози Конвертер десяткових приставок Передача даних Конвертер одиниць типографіки та обробки зображень Конвертер одиниць вимірювання об'єму лісоматеріалів Обчислення молярної маси Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

Вихідна величина

Перетворена величина

герц ексагерц петагерц терагерц гігагерц мегагерц кілогерц гектогерц декагерц децигерц сантигерц мілігерц мікрогерц наногерц пікогерц фемтогерц аттогерц циклів в секунду довжина хвилі в хвилі в хвилі в хвилі в хвилі мегаметрах довжина хвилі в кілометрах довжина хвилі в гектометрах довжина хвилі в декаметрах довжина хвилі в метрах довжина хвилі в дециметрах довжина хвилі в сантиметрах довжина хвилі в міліметрах довжина хвилі в мікрометрах Комптонівська довжина хвилі електрона Комптонівська довжина хвилі протона Комптонівська довжина хвилі нейтрона обертів за секунду обертів за хвилину обертів за хвилину

Питома теплоємність

Детальніше про частоту та довжину хвилі

Загальні відомості

Частота

Частота - це величина, що вимірює як часто повторюється той чи інший періодичний процес. У фізиці з допомогою частоти описують властивості хвильових процесів. Частота хвилі – кількість повних циклів хвильового процесу за одиницю часу. Одиниця частоти у системі СІ - герц (Гц). Один герц дорівнює одному коливанню за секунду.

Довжина хвилі

Існує безліч різних типів хвиль у природі, від спричинених вітром морських хвиль до електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітних хвиль залежить від довжини хвилі. Такі хвилі поділяють на кілька видів:

• Гамма-променііз довжиною хвилі до 0,01 нанометра (нм).
• Рентгенівське промінняз довжиною хвилі – від 0,01 нм до 10 нм.
• Хвилі ультрафіолетового діапазонуякі мають довжину від 10 до 380 нм. Людському оку вони не видно.
• Світло в видимої частини спектруіз довжиною хвилі 380–700 нм.
• Невидиме для людей інфрачервоне випромінюванняз довжиною хвилі від 700 нм до 1 мм.
• За інфрачервоними хвилями слідують мікрохвильові, із довжиною хвилі від 1 міліметра до 1 метра.
• Найдовші - радіохвилі. Їхня довжина починається з 1 метра.

Ця стаття присвячена електромагнітному випромінюванню, і особливо світла. У ній ми обговоримо, як довжина та частота хвилі впливають на світло, включаючи видимий спектр, ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання.

Електромагнітне випромінювання

Електромагнітне випромінювання - це енергія, властивості якої одночасно подібні до властивостей хвиль і частинок. Ця особливість називається корпускулярно-хвильовим дуалізмом. Електромагнітні хвилі складаються з магнітної хвилі та перпендикулярної до неї електричної хвилі.

Енергія електромагнітного випромінювання – результат руху частинок, які називаються фотонами. Чим вище частота випромінювання, тим активніші, і тим більше шкоди вони можуть принести клітинам і тканинам живих організмів. Це тому, що що вища частота випромінювання, то більше вони несуть енергії. Велика енергія дозволяє їм змінити молекулярну структуру речовин, куди діють. Саме тому ультрафіолетове, рентгенівське та гама випромінювання таке шкідливе для тварин і рослин. Величезна частина цього випромінювання – у космосі. Воно присутнє і на Землі, незважаючи на те, що озоновий шар атмосфери навколо Землі блокує більшу його частину.

Електромагнітне випромінювання та атмосфера

Атмосфера землі пропускає лише електромагнітне випромінювання з певною частотою. Більшість гамма-випромінювання, рентгенівських променів, ультрафіолетового світла, частина випромінювання в інфрачервоному діапазоні і довгі радіохвилі блокуються атмосферою Землі. Атмосфера поглинає їх та не пропускає далі. Частина електромагнітних хвиль, зокрема, випромінювання в короткохвильовому діапазоні відбивається від іоносфери. Решта випромінювання потрапляє на поверхню Землі. У верхніх атмосферних шарах, тобто далі від поверхні Землі, більше радіації, ніж у нижніх шарах. Тому що вище, то небезпечніше для живих організмів перебувати там без захисних костюмів.

Атмосфера пропускає на Землю невелику кількість ультрафіолетового світла, і він завдає шкоди шкірі. Саме через ультрафіолетові промені люди обгорають на сонці і можуть навіть захворіти на рак шкіри. З іншого боку, деякі промені, що пропускаються атмосферою, приносять користь. Наприклад, інфрачервоні промені, які потрапляють на поверхню Землі, використовують в астрономії - інфрачервоні телескопи стежать за інфрачервоними променями, що випромінюються астрономічними об'єктами. Чим вище поверхні Землі, тим більше інфрачервоного випромінювання, тому телескопи часто встановлюють на вершинах гір та інших височинах. Іноді їх відправляють до космосу, щоб покращити видимість інфрачервоних променів.

Взаємини між частотою та довжиною хвилі

Частота і довжина хвилі обернено пропорційні один одному. Це означає, що зі збільшенням довжини хвилі частота зменшується і навпаки. Це легко уявити: якщо частота коливань хвильового процесу висока, то час між коливаннями набагато коротший, ніж у хвиль, частота коливань яких менша. Якщо уявити хвилю на графіку, то відстань між її піками буде тим меншою, чим більше коливань вона здійснює на певному відрізку часу.

Щоб визначити швидкість поширення хвилі в середовищі, необхідно помножити частоту хвилі на її довжину. Електромагнітні хвилі у вакуумі завжди розповсюджуються з однаковою швидкістю. Ця швидкість відома як швидкість світла. Вона дорівнює 299 метрів за секунду.

Світло

Видимий світло - електромагнітні хвилі з частотою та довжиною, які визначають його колір.

Довжина хвилі та колір

Найкоротша довжина хвилі видимого світла – 380 нанометрів. Це фіолетовий колір, за ним йдуть синій і блакитний, потім зелений, жовтий, помаранчевий і, нарешті, червоний. Біле світло складається з усіх кольорів відразу, тобто білі предмети відображають усі кольори. Це можна побачити за допомогою призми. Світло, що потрапляє в неї, переломлюється і вибудовується в смугу кольорів у тій же послідовності, що в веселці. Ця послідовність - від квітів із найкоротшою довжиною хвилі, до найдовшої. Залежність швидкості поширення світла речовині від довжини хвилі називається дисперсією.

Веселка утворюється схожим способом. Краплі води, розсіяні в атмосфері після дощу, поводяться як і призма і заломлюють кожну хвилю. Колір веселки настільки важливий, що у багатьох мовах існують мнемоніка, тобто прийом запам'ятовування кольорів веселки, настільки простий, що запам'ятати їх можуть навіть діти. Багато дітей, які говорять російською, знають, що «Кожен мисливець хоче знати, де сидить фазан». Деякі люди вигадують свою мнемоніку, і це – особливо корисна вправа для дітей, оскільки, придумавши свій власний метод запам'ятовування кольорів веселки, вони швидше за них запам'ятають.

Світло, до якого людське око найбільш чутливе - зелене, з довжиною хвилі 555 нм у світлому середовищі і 505 нм у сутінках і темряві. Розрізняти кольори можуть далеко не всі тварини. У кішок, наприклад, кольоровий зір не розвинений. З іншого боку, деякі тварини бачать кольори набагато краще, ніж люди. Наприклад, деякі види бачать ультрафіолетове та інфрачервоне світло.

Відображення світла

Колір предмета визначається довжиною хвилі світла, відбитого з його поверхні. Білі предмети відбивають усі хвилі видимого спектру, тоді як чорні – навпаки, поглинають усі хвилі і нічого не відбивають.

Один із природних матеріалів з високим коефіцієнтом дисперсії – алмаз. Правильно оброблені діаманти відбивають світло як від зовнішніх, і від внутрішніх граней, заломлюючи його, як призма. При цьому важливо, щоб більша частина цього світла була відбита вгору, у бік ока, а не, наприклад, вниз, усередину оправи, де його не видно. Завдяки високій дисперсії діаманти дуже красиво сяють на сонці та при штучному освітленні. Скло, огранене так само, як діамант, теж сяє, але не так сильно. Це пов'язано з тим, що завдяки хімічному складу алмази відбивають світло набагато краще, ніж скло. Кути, що використовуються при ограновуванні діамантів, має величезне значення, тому що занадто гострі або занадто тупі кути або не дозволяють світлу відбиватися від внутрішніх стін, або відбивають світло в оправу, як показано на ілюстрації.

Спектроскопія

Для визначення хімічного складу речовини іноді використовують спектральний аналіз чи спектроскопію. Цей спосіб особливо хороший, якщо хімічний аналіз речовини неможливо провести, працюючи з нею безпосередньо, наприклад, щодо хімічного складу зірок. Знаючи яке електромагнітне випромінювання поглинає тіло, можна визначити, з чого воно складається. Абсорбційна спектроскопія, що є одним із розділів спектроскопії, визначає яке випромінювання поглинається тілом. Такий аналіз можна робити на відстані, тому його часто використовують в астрономії, а також у роботі з отруйними та небезпечними речовинами.

Визначення наявності електромагнітного випромінювання

Видимий світло, як і все електромагнітне випромінювання - це енергія. Чим більше енергії випромінюється, тим легше виміряти цю радіацію. Кількість випромінюваної енергії зменшується зі збільшенням довжини хвилі. Зір можливий саме завдяки тому, що люди та тварини розпізнають цю енергію та відчувають різницю між випромінюванням з різною довжиною хвилі. Електромагнітне випромінювання різної довжини відчувається оком як різні кольори. За таким принципом працюють не лише очі тварин і людей, а й технології, створені людьми для обробки електромагнітного випромінювання.

Видиме світло

Люди та тварини бачать великий спектр електромагнітного випромінювання. Більшість людей і тварин, наприклад, реагують на видиме світло, а деякі тварини - ще й на ультрафіолетові та інфрачервоні промені. Здатність розрізняти кольори – не у всіх тварин – деякі, бачать лише різницю між світлими та темними поверхнями. Наш мозок визначає колір так: фотони електромагнітного випромінювання потрапляють у око на сітківку і, проходячи через неї, збуджують колбочки, фоторецептори ока. В результаті нервовою системою передається сигнал у мозок. Крім колб, в очах є й інші фоторецептори, палички, але вони не здатні розрізняти кольори. Їх призначення – визначати яскравість та силу світла.

В оці зазвичай знаходиться кілька видів колб. Люди - три типи, кожен із яких поглинає фотони світла межах певних довжин хвилі. При їх поглинанні відбувається хімічна реакція, в результаті якої мозок надходять нервові імпульси з інформацією про довжину хвилі. Ці сигнали обробляє зорова зона кори мозку. Це - ділянка мозку, відповідальна за сприйняття звуку. Кожен тип колб відповідає тільки за хвилі з певною довжиною, тому для отримання повного уявлення про колір, інформацію, отриману від усіх колб, складають разом.

У деяких тварин ще більше видів колб, ніж у людей. Так, наприклад, у деяких видів риб та птахів їх від чотирьох до п'яти типів. Цікаво, що у самок деяких тварин більше типів колб, ніж у самців. У деяких птахів, наприклад у чайок, які ловлять видобуток у воді або на її поверхні, усередині колб є жовті або червоні краплі масла, які виступають у ролі фільтра. Це допомагає їм бачити більшу кількість кольорів. Подібним чином улаштовані очі і у рептилій.

Інфрачервоне світло

У змій, на відміну людей, як зорові рецептори, а й чутливі органи, які реагують на інфрачервоне випромінювання. Вони поглинають енергію інфрачервоного проміння, тобто реагують на тепло. Деякі пристрої, наприклад, прилади нічного бачення, також реагують на тепло, що виділяється інфрачервоним випромінювачем. Такі пристрої використовують військові, а також для забезпечення безпеки та охорони приміщень та території. Тварини, які бачать інфрачервоне світло, та пристрої, які можуть його розпізнавати, бачать не тільки предмети, що знаходяться в їхньому полі зору на даний момент, але й сліди предметів, тварин, або людей, які знаходилися там до цього, якщо не пройшло занадто багато часу. Наприклад, зміям видно, якщо гризуни копали в землі ямку, а поліцейські, які користуються приладом нічного бачення, бачать, якщо в землі нещодавно були заховані сліди злочину, наприклад, гроші, наркотики, або щось інше. Пристрої для реєстрації інфрачервоного випромінювання використовують у телескопах, а також для перевірки контейнерів та камер на герметичність. З їхньою допомогою добре видно місце витоку тепла. У медицині зображення в інфрачервоному світлі використовують для діагностики. В історії мистецтва – щоб визначити, що зображено під верхнім шаром фарби. Пристрої нічного бачення використовують із охорони приміщень.

Ультрафіолетове світло

Деякі риби бачать ультрафіолетове світло. Їхні очі містять пігмент, чутливий до ультрафіолетових променів. Шкіра риб містить ділянки, що відображають ультрафіолетове світло, невидиме для людини та інших тварин - що часто використовується в тваринному світі для маркування статі тварин, а також у соціальних цілях. Деякі птахи також бачать ультрафіолетове світло. Це вміння особливо важливе під час шлюбного періоду, коли птахи шукають потенційних партнерів. Поверхні деяких рослин також добре відбивають ультрафіолетове світло, і здатність його бачити допомагає у пошуку їжі. Крім риб та птахів, ультрафіолетове світло бачать деякі рептилії, наприклад черепахи, ящірки та зелені ігуани (на ілюстрації).

Людське око, як і очі тварин, поглинає ультрафіолетове світло, але не може його обробити. У людей він руйнує клітини ока, особливо в рогівці та кришталику. Це, своєю чергою, викликає різні захворювання і навіть сліпоту. Незважаючи на те, що ультрафіолетове світло шкодить зору, невелика його кількість необхідна людям та тваринам, щоб виробляти вітамін D. Ультрафіолетове випромінювання, як і інфрачервоне, використовують у багатьох галузях, наприклад, у медицині для дезінфекції, в астрономії для спостереження за зірками та іншими об'єктами. і хімії для затвердіння рідких речовин, і навіть для візуалізації, тобто створення діаграм поширення речовин у певному просторі. За допомогою ультрафіолетового світла визначають підроблені банкноти та пропуски, якщо на них повинні бути надруковані знаки спеціальним чорнилом, що розпізнається за допомогою ультрафіолетового світла. У випадку підробки документів ультрафіолетова лампа не завжди допомагає, оскільки злочинці іноді використовують цей документ і замінюють на ньому фотографію або іншу інформацію, так що маркування для ультрафіолетових ламп залишається. Існує також багато інших застосувань для ультрафіолетового випромінювання.

Колірна сліпота

Через дефекти зору деякі люди не в змозі розрізняти кольори. Ця проблема називається колірною сліпотою або дальтонізмом, на ім'я людини, яка першою описав цю особливість зору. Іноді люди не бачать лише кольори з певною довжиною хвилі, інколи ж вони не розрізняють кольори взагалі. Часто причина - недостатньо розвинені або пошкоджені фоторецептори, але в деяких випадках проблема полягає в пошкодженнях на провідному шляху нервової системи, наприклад, у зоровій корі головного мозку, де обробляється інформація про колір. У багатьох випадках цей стан створює людям та тваринам незручності та проблеми, але іноді невміння розрізняти кольори, навпаки – перевагу. Це підтверджується тим, що, незважаючи на довгі роки еволюції, багато тварин кольоровий зір не розвинений. Люди та тварини, які не розрізняють кольори, можуть, наприклад, добре бачити камуфляж інших тварин.

Незважаючи на переваги колірної сліпоти, у суспільстві її вважають проблемою, і для людей з дальтонізмом закрито дорогу до деяких професій. Зазвичай вони можуть отримати повні права з управлінню літаком без обмежень. У багатьох країнах права водія для цих людей теж мають обмеження, а в деяких випадках вони не можуть отримати права взагалі. Тому вони не завжди можуть знайти роботу, на якій необхідно керувати автомобілем, літаком та іншими транспортними засобами. Також їм складно знайти роботу, де вміння визначати та використовувати кольори має велике значення. Наприклад, їм важко стати дизайнерами, або працювати в середовищі, де колір використовують як сигнал (наприклад, про небезпеку).

Проводяться роботи зі створення сприятливіших умов людей із кольоровою сліпотою. Наприклад, існують таблиці, в яких кольори відповідають знакам, і в деяких країнах ці знаки використовують в установах та громадських місцях поряд із кольором. Деякі дизайнери не використовують або обмежують використання кольору для передачі важливої ​​інформації у своїх роботах. Замість кольору, або поряд з ним, вони використовують яскравість, текст, та інші способи виділення інформації, щоб навіть люди, які не розрізняють кольори, могли отримати інформацію, що передається дизайнером. У більшості випадків люди з колірною сліпотою не розрізняють червоний і зелений, тому дизайнери іноді замінюють комбінацію «червоний = небезпека, зелений = все нормально» на червоний та синій кольори. Більшість операційних систем також дозволяють налаштувати кольори так, щоб людям із колірною сліпотою було все видно.

Колір у машинному зорі

Машинний зір у кольорі - галузь штучного інтелекту, що швидко розвивається. Донедавна більшість роботи в цій галузі проходила з монохромними зображеннями, але зараз все більше наукових лабораторій працюють із кольором. Деякі алгоритми для роботи з монохромними зображеннями застосовують також обробки кольорових зображень.

Застосування

Машинний зір використовується в ряді галузей, наприклад для керування роботами, самокерованими автомобілями та безпілотними літальними апаратами. Воно корисне у сфері забезпечення безпеки, наприклад для пізнання людей і предметів з фотографій, для пошуку баз даних, для відстеження руху предметів, залежно від їх кольору тощо. Визначення розташування об'єктів, що рухаються, дозволяє комп'ютеру визначити напрям погляду людини або стежити за рухом машин, людей, рук, та інших предметів.

Щоб правильно впізнати незнайомі предмети, важливо знати про їхню форму та інші властивості, але інформація про колір не настільки важлива. Працюючи зі знайомими предметами, колір, навпаки, допомагає їх розпізнати. Робота з кольором також зручна тому, що інформація про колір може бути отримана навіть із зображень з низькою роздільною здатністю. Для розпізнавання форми предмета, на відміну від кольору, потрібна висока роздільна здатність. Робота з кольором замість форми предмета дозволяє зменшити час обробки зображення і використовує менше комп'ютерних ресурсів. Колір допомагає розпізнавати предмети однакової форми, і навіть може бути використаний як сигнал чи знак (наприклад, червоний колір - сигнал небезпеки). При цьому не потрібно розпізнавати форму цього знака або текст, на ньому написаний. На веб-сайті YouTube можна побачити багато цікавих прикладів використання кольорового машинного зору.

Обробка інформації про колір

Фотографії, які обробляє комп'ютер, або завантажені користувачами, або знято вбудованою камерою. Процес цифрової фото- і відеозйомки освоєно добре, але обробка цих зображень, особливо в кольорі, пов'язана з безліччю труднощів, багато з яких ще не вирішені. Це пов'язано з тим, що кольоровий зір у людей і тварин влаштований дуже складно, і створити комп'ютерний зір на кшталт людського непросто. Зір, як і слух, ґрунтується на адаптації до навколишнього середовища. Сприйняття звуку залежить тільки від частоти, звукового тиску і тривалості звуку, а й від наявності чи відсутності у навколишньому середовищі інших звуків. Так і із зором - сприйняття кольору залежить не тільки від частоти та довжини хвилі, а й від особливостей навколишнього середовища. Так, наприклад, кольори навколишніх предметів впливають на наше сприйняття кольору.

З точки зору еволюції така адаптація необхідна, щоб допомогти нам звикнути до навколишнього середовища і припинити звертати увагу на незначні елементи, а звернути всю нашу увагу на те, що змінюється в оточенні. Це необхідно для того, щоб легше помічати хижаків та знаходити їжу. Іноді через цю адаптацію відбуваються оптичні ілюзії. Наприклад, залежно від кольору навколишніх предметів, ми сприймаємо колір двох тіл по-різному, навіть коли вони відбивають світло з однаковою довжиною хвилі. На ілюстрації – приклад такої оптичної ілюзії. Коричневий квадрат у верхній частині зображення (другий ряд, друга колонка) виглядає світлішим, ніж коричневий квадрат у нижній частині малюнка (п'ятий ряд, друга колонка). Насправді їхні кольори однакові. Навіть знаючи про це, ми все одно сприймаємо їх як різні кольори. Оскільки наше сприйняття кольору так складно, програмістам важко описати всі ці нюанси в алгоритмах для машинного зору. Незважаючи на ці труднощі, ми вже досягли багато чого в цій галузі.

Unit Converter articles були edited and illustrated by Анатолій Золотков

Ви вагаєтесь у перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові допомогти вам. Опублікуйте питання у TCTermsі протягом кількох хвилин ви отримаєте відповідь.

ЩО ТАКЕ РАДІОВОВНИ

Радіохвилі – це електромагнітні коливання, що розповсюджуються у просторі зі швидкістю світла (300 000 км/сек). До речі, світло це теж електромагнітні хвилі, що мають схожі з радіохвилями властивості (віддзеркалення, заломлення, згасання і т.п.).

Радіохвилі переносять через простір енергію, що випромінюється генератором електромагнітних коливань. А народжуються вони за зміни електричного поля, наприклад, коли через провідник проходить змінний електричний струм чи через простір проскакують іскри, тобто. ряд швидко наступних один за одним імпульсів струму.

Електромагнітне випромінювання характеризується частотою, довжиною хвилі і потужністю енергії, що переноситься. Частота електромагнітних хвиль показує, скільки разів на секунду змінюється у випромінювачі напрямок електричного струму і, отже, скільки разів на секунду змінюється в кожній точці простору величина електричного та магнітного полів. Вимірюється частота у герцах (Гц) – одиницях названих ім'ям великого німецького вченого Генріха Рудольфа Герца. 1 Гц – це одне коливання за секунду, 1 мегагерц (МГц) – мільйон коливань за секунду. Знаючи, що швидкість руху електромагнітних хвиль дорівнює швидкості світла, можна визначити відстань між точками простору, де електричне (або магнітне) поле знаходиться в однаковій фазі. Ця відстань називається довжиною хвилі. Довжина хвилі в метрах розраховується за такою формулою:

Або приблизно ,
де f - Частота електромагнітного випромінювання в МГц.

З формули видно, що, наприклад, частоті 1 МГц відповідає довжина хвилі прибл. 300 м. Зі збільшенням частоти довжина хвилі зменшується, зі зменшенням – здогадайтеся самі. Надалі ми переконаємося, що довжина хвилі впливає на довжину антени для радіозв'язку.

Електромагнітні хвилі вільно проходять через повітря чи космічний простір (вакуум). Але якщо на шляху хвиль зустрічається металевий провід, антена або будь-яке інше тіло, що проводить, то вони віддають йому свою енергію, викликаючи тим самим у цьому провіднику змінний електричний струм. Але не вся енергія хвилі поглинається провідником, частина її відбивається від його поверхні і йде назад, або розсіюється в просторі. До речі, на цьому ґрунтується застосування електромагнітних хвиль у радіолокації.

Ще однією корисною властивістю електромагнітних хвиль є їхня здатність огинати на своєму шляху деякі перешкоди. Але це можливо лише в тому випадку, коли розміри об'єкта менші, ніж довжина хвилі, або можна порівняти з нею. Наприклад, щоб виявити літак, довжина радіохвилі локатора повинна бути меншою за його геометричні розміри (менше 10 м). Якщо тіло більше, ніж довжина хвилі, воно може відобразити її. Але може й не відобразити. Згадайте військову технологію зниження помітності «Stealth», в рамках якої розроблено відповідні геометричні форми, радіопоглинаючі матеріали та покриття для зменшення помітності об'єктів для локаторів.

Енергія, яку несуть електромагнітні хвилі, залежить від потужності генератора (випромінювача) та відстані до нього. По науковому це звучить так: потік енергії, що припадає на одиницю площі, прямо пропорційний потужності випромінювання і обернено пропорційний квадрату відстані до випромінювача. Це означає, що дальність зв'язку залежить від потужності передавача, але набагато більшою мірою від відстані до нього.

РОЗПОДІЛ СПЕКТРА

Радіохвилі, що використовуються в радіотехніці, займають область, або більш науково - спектр від 10000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3000 ГГц). Це лише частина великого діапазону електромагнітних хвиль. За радіохвилями (за спадною довжиною) слідують теплові або інфрачервоні промені. Після них йде вузька ділянка хвиль видимого світла, далі – спектр ультрафіолетових, рентгенівських та гамма променів – все це електромагнітні коливання однієї природи, що відрізняються лише довжиною хвилі і, отже, частотою.

Хоча весь спектр розбито на області, межі між ними намічені умовно. Області йдуть безперервно одна за одною, переходять одна в іншу, а в деяких випадках перекриваються.

Міжнародними угодами весь спектр радіохвиль, що застосовуються у радіозв'язку, розбитий на діапазони:

Але ці діапазони дуже великі і, у свою чергу, розбиті на ділянки, куди входять так звані радіомовні та телевізійні діапазони, діапазони для наземного та авіаційного, космічного та морського зв'язку, для передачі даних та медицини, для радіолокації та радіонавігації тощо. Кожній радіослужбі виділено свою ділянку діапазону або фіксовані частоти.

Розподіл спектра між різними службами.

Ця розбивка досить заплутана, тому багато служб використовують свою «внутрішню» термінологію. Зазвичай для позначення діапазонів виділених для наземного рухомого зв'язку використовуються такі назви:

Не треба плутати офіційні назви діапазонів частот із назвами ділянок, виділених для різних служб. Варто зазначити, що основні світові виробники обладнання рухомого наземного зв'язку випускають моделі, розраховані працювати у межах саме цих ділянок.

Надалі ми говоритимемо про властивості радіохвиль стосовно їх використання в наземному рухомому радіозв'язку.

ЯК ПОШИРЮЮТЬСЯ РАДІОВОЛНИ

Радіохвилі випромінюються через антену в простір і поширюються як енергії електромагнітного поля. І хоча природа радіохвиль однакова, їхня здатність до поширення сильно залежить від довжини хвилі.

Земля для радіохвиль представляє провідник електрики (хоч і не дуже добрий). Проходячи над поверхнею землі, радіохвилі поступово слабшають. Це з тим, що електромагнітні хвилі збуджують у землі електроструми, потім і витрачається частина енергії. Тобто. енергія поглинається землею, причому тим більше, чим коротша довжина хвиля (вища частота).

Крім того, енергія хвилі слабшає ще й тому, що випромінювання поширюється на всі боки простору і, отже, чим далі від передавача знаходиться приймач, тим менше енергії припадає на одиницю площі і тим менше її потрапляє в антену.

Передачі довгохвильових станцій мовлення можна приймати на відстані до декількох тисяч кілометрів, причому рівень сигналу зменшується плавно, без стрибків. Середньохвильові станції чути близько тисячі кілометрів. Що ж до коротких хвиль, їх енергія різко зменшується в міру віддалення від передавача. Цим пояснюється той факт, що на зорі розвитку радіо для зв'язку в основному застосовувалися хвилі від 1 до 30 км. Хвилі коротші 100 метрів взагалі вважалися непридатними для телекомунікації.

Однак подальші дослідження коротких та ультракоротких хвиль показали, що вони швидко згасають, коли йдуть біля Землі. При напрямку випромінювання нагору, короткі хвилі повертаються назад.

Ще в 1902 англійський математик Олівер Хевісайд (Oliver Heaviside) та американський інженер-електрик Артур Едвін Кеннеллі (Arthur Edwin Kennelly) практично одночасно передбачили, що над Землею існує іонізований шар повітря – природне дзеркало, що відбиває електромагнітні хвилі. Цей шар названо іоносферою.

Іоносфера Землі мала дозволити збільшити дальність поширення радіохвиль на відстані, що перевищують пряму видимість. Експериментально це припущення було доведено в 1923. Радіочастотні імпульси передавалися вертикально вгору і приймалися сигнали, що повернулися. Вимірювання часу між посилкою та прийомом імпульсів дозволили визначити висоту та кількість шарів відбиття.

Поширення довгих та коротких хвиль.

Відбившись від іоносфери, короткі хвилі повертаються до Землі, залишивши під собою сотні кілометрів «мертвої зони». Промандрувавши до іоносфери і назад, хвиля не «заспокоюється», а відбивається від поверхні Землі і знову спрямовується до іоносфери, де знову відбивається і т. д. Так, багаторазово відбиваючись, радіохвиля може кілька разів обігнути земну кулю.

Встановлено, що висота відображення залежить насамперед від довжини хвилі. Чим коротше хвиля, тим більшої висоті відбувається її відбиток і, отже, більше «мертва зона». Ця залежність правильна лише для короткохвильової частини діапазону (приблизно до 25–30 МГц). Для коротших хвиль іоносфера прозора. Хвилі пронизують її наскрізь і йдуть у космічний простір.

З малюнка видно, що відбиток залежить тільки від частоти, а й від часу доби. Це з тим, що іоносфера іонізується сонячним випромінюванням і з настанням темряви поступово втрачає свою відбивну здатність. Ступінь іонізації також залежить від сонячної активності, яка змінюється протягом року та з року в рік за семирічним циклом.

Відбивні шари іоносфери та поширення коротких хвиль залежно від частоти та часу доби.

Радіохвилі УКХ діапазону за властивостями більшою мірою нагадують світлові промені. Вони практично не відбиваються від іоносфери, дуже незначно обгинають земну поверхню і поширюються в межах прямої видимості. Тому дальність дії ультракоротких хвиль невелика. Але в цьому є певна перевага для радіозв'язку. Оскільки в діапазоні УКХ хвилі поширюються в межах прямої видимості, можна розташовувати радіостанції на відстані 150-200 км один від одного без взаємного впливу. А це дозволяє багаторазово використовувати ту саму частоту сусіднім станціям.

Поширення коротких та ультракоротких хвиль.

Властивості радіохвиль діапазонів ДЦВ і 800 МГц ще більш близькі до світлових променів і тому мають ще одну цікаву і важливу властивість. Згадаймо, як влаштований ліхтарик. Світло від лампочки, розташованої у фокусі рефлектора, збирається у вузький пучок променів, який можна надіслати у будь-якому напрямку. Приблизно те саме можна зробити і з високочастотними радіохвилями. Можна їх збирати дзеркалами-антенами та посилати вузькими пучками. Для низькочастотних хвиль таку антену побудувати неможливо, тому що занадто великі були б її розміри (діаметр дзеркала має бути набагато більшим, ніж довжина хвилі).

Можливість спрямованого випромінювання хвиль дозволяє підвищити ефективність системи зв'язку. Пов'язано це з тим, що вузький промінь забезпечує менше розсіювання енергії в побічних напрямках, що дозволяє застосовувати менш потужні передавачі для досягнення даної дальності зв'язку. Спрямоване випромінювання створює менше перешкод іншим системам зв'язку, які перебувають над створі променя.

При прийомі радіохвиль також можуть використовуватись переваги спрямованого випромінювання. Наприклад, багато хто знайомий з параболічними супутниковими антенами, що фокусують випромінювання супутникового передавача в точку, де встановлений приймальний датчик. Застосування спрямованих приймальних антен у радіоастрономії дозволило зробити багато фундаментальних наукових відкриттів. Можливість фокусування високочастотних радіохвиль забезпечила їхнє широке застосування в радіолокації, радіорелейному зв'язку, супутниковому мовленні, бездротовій передачі даних тощо.

Параболічна спрямована супутникова антена (фото із сайту ru.wikipedia.org).

Необхідно відзначити, що зі зменшенням довжини хвилі зростає згасання та поглинання енергії в атмосфері. Зокрема, на поширення хвиль коротше 1 см починають впливати такі явища як туман, дощ, хмари, які можуть стати серйозною перешкодою, що обмежує дальність зв'язку.

Ми з'ясували, що радіохвилі мають різні властивості поширення залежно від довжини хвилі і кожна ділянка радіоспектру застосовується там, де найкраще використовуються його переваги.

Тіло, що коливається в пружному середовищі, створює обурення, яке передається від однієї точки до іншої і зветься хвилі. Відбувається це з певною швидкістю, що вважається швидкістю її поширення. Тобто це величина, що характеризує відстань, що проходить будь-якою точкою хвилі за одиничний відрізок часу.

Нехай хвиля рухається вздовж однієї з осей (наприклад, горизонтальної). Її форма повторюється у просторі через певний час, тобто профіль хвилі переміщається вздовж осі розповсюдження зі швидкістю, що має постійне значення. За час, що відповідає її фронт, зміститься на відстань, що називається довжиною хвилі.

Виходить, довжина хвилі - та сама відстань, яка "пробігає" її фронт за відрізок часу, що дорівнює періоду коливань. Для наочності уявімо собі хвилю у тому вигляді, як її зазвичай зображують на малюнках. Всі ми пам'ятаємо, як виглядають, наприклад, Вітер жене їх уздовж моря, і кожна хвиля має гребінь і найнижчу точку (мінімум), причому й ті, й інші постійно переміщаються і змінюють один одного. Крапки, що лежать в одній фазі, - це вершини двох сусідніх гребенів (приймемо припущення, що гребені мають однакову висоту і рух відбувається з постійною швидкістю) або дві найнижчі точки сусідніх хвиль. Довжина хвилі – саме і є відстань між такими точками (двома сусідніми гребенями).

У вигляді хвиль можуть поширюватися всі – теплова, світлова, звукова. Усі вони мають різну довжину. Наприклад, проходячи через атмосферу, звукові хвилі трохи змінюють тиск повітря. Області максимального тиску відповідають максимуму звукових хвиль. Завдяки своїй будові людське вухо вловлює ці зміни тиску та посилає сигнали у мозок. Таким чином ми чуємо звук.

Довжина звукової хвилі визначає її властивості. Щоб знайти її, необхідно (вимірюється в м/сек) поділити на частоту Гц. Приклад: за частоти 688 Гц звукова хвиля рухається зі швидкістю 344 м/сек. Довжина хвилі при цьому дорівнюватиме 344: 688 = 0.5 м. Відомо, що швидкість поширення хвилі в одному і тому ж середовищі не змінюється, отже, її довжина залежатиме від частоти. Низькочастотні мають довжину хвилі більшу, ніж високочастотні.

Прикладом іншого різновиду електромагнітного випромінювання може бути світлова хвиля. Світло – частина електромагнітного спектру, видима нашому оку. Довжина світлової хвилі, яку може сприймати людський зір, лежить у межах від 400 до 700 нм (нанометрів). По обидва боки від видимого діапазону спектра лежать області, які сприймаються нашим оком.

Ультрафіолетові хвилі мають довжину меншу, ніж довжина видимої частини спектру. Хоча людське око не в змозі їх бачити, проте вони здатні завдати нашому зору чималої шкоди.

Довжина хвилі більша за ту максимальну довжину, яку ми здатні побачити. Ці хвилі вловлюються спеціальним обладнанням та використовуються, наприклад, у камерах нічного бачення.

Серед променів, доступних нашому зору, найменшою довжиною має промінь фіолетового кольору, найбільший - червоний. У проміжку між ними лежить весь доступний погляду спектр (згадаймо веселку!)

Як ми сприймаємо кольори? Промені світла, що мають певну довжину, потрапляють на сітківку ока, що має світлочутливі рецептори. Ці рецептори передають сигнали у наш мозок, де формується відчуття певного кольору. Які саме кольори бачимо - залежить від довжин хвиль падаючих променів, а яскравість колірного відчуття визначається інтенсивністю випромінювання.

Всі предмети, що оточують нас, мають здатність відбивати, пропускати або поглинати падаюче світло (повністю або частково). Наприклад, зелений колір листя означає, що з усього діапазону відбиваються в основному промені зеленого кольору, решта поглинається. Прозорі предмети мають властивість затримувати випромінювання певної довжини, що використовується, наприклад, фотографії фільтрів).

Таким чином, колір предмета говорить про здатність відбивати хвилі певної частини спектра. Предмети, що відбивають весь спектр, бачимо білими, поглинають все промені - чорними.

Абсолютно все в цьому світі відбувається з якоюсь швидкістю. Тіла не переміщуються миттєво, для цього потрібен час. Не є винятком і хвилі, в якому середовищі вони не поширювалися б.

Швидкість поширення хвилі

Якщо ви кинете камінь у воду озера, то хвилі, що виникли, дійдуть до берега не відразу. Для просування хвиль на деяку відстань потрібен час, отже можна говорити про швидкість поширення хвиль.

Швидкість хвилі залежить від властивостей середовища, в якому вона поширюється. При переході з одного середовища до іншого, швидкість хвиль змінюється. Наприклад, якщо вібруючий залізний лист засунути кінцем у воду, то вода покриється брижами маленьких хвиль, проте швидкість їх поширення буде меншою, ніж у залізному листі. Це неважко перевірити навіть у домашніх умовах. Тільки не поріжтеся про залізний лист, що вібрує.

Довжина хвилі

Існує ще одна важлива характеристика – це довжина хвилі. Довжина хвилі це така відстань, на яку поширюється хвиля за один період коливальних рухів. Легше зрозуміти це графічно.

Якщо замалювати хвилю у вигляді малюнка або графіка, то довжиною хвилі буде відстань між будь-якими найближчими гребенями або западинами хвилі, або між будь-якими іншими найближчими точками хвилі, що знаходяться в однаковій фазі.

Так як довжина хвилі ця відстань, пройдена нею, то і знайти цю величину можна, як і будь-яку іншу відстань, помноживши швидкість проходження на одиницю часу. Таким чином, довжина хвилі пов'язана зі швидкістю розповсюдження хвилі прямо пропорційно. Знайти довжину хвилі можна за формулою:

де λ довжина хвилі, v швидкість хвилі, T період коливань.

А враховуючи, що період коливань обернено пропорційний частоті цих же коливань: T=1⁄υ, можна вивести зв'язок швидкості поширення хвилі з частотою коливань:

v=λυ .

Частота коливань у різних середовищах

Частота коливань хвиль не змінюється під час переходу з одного середовища до іншого. Так, наприклад, частота вимушених коливань збігається із частотою коливань джерела. Частота коливань залежить від властивостей середовища поширень. При переході з одного середовища до іншого змінюється лише довжина хвилі та швидкість її поширення.

Ці формули справедливі як поперечних, так поздовжніх хвиль. При поширенні поздовжніх хвиль довжина хвилі буде відстанню між двома найближчими точками з однаковим розтягуванням чи стисненням. Вона також збігатиметься з відстанню, пройденою хвилею за один період коливань, тому формули будуть повністю підходити і в цьому випадку.

При проведенні розрахунків та проектуванні телевізійних радіоприймачів та передавачів, медичного та оптичного обладнання, засобів навігації, а також в інших галузях техніки та науки виникає необхідність обчислювати довжину хвиль.

Довжина хвилі - це відстань між двома точками (будь-якими), які синфазно коливаються, але зазвичай за поняття «довжина хвилі» приймають відстань між гребенями цієї хвилі. Вимірюється величина довжини хвилі в одиницях відстані, наприклад, у метрах. На питання, як знайти довжину хвилі, дасть відповідь наша стаття.

Довжина хвилі обернено пропорційна частоті хвилі. Ми знаємо, що одиниця виміру частоти – це герц (Гц). Наприклад, частота струму домашніх електромереж у Росії - 50Гц. Але передачі радіосигналів і телевізійних сигналів використовується більш висока частота.

Визначення довжини хвилі

Наприклад, Вам відомо, що якась радіостанція працює на частоті 1,7 МГц, а шкала радіоприймача, який у Вас відградуйована в метрах. Вам необхідно знайти хвилю, на якій Ви слухатимете цю радіостанцію. Для того, щоб відповісти на питання про те, як визначити довжину хвилі, спочатку потрібно запам'ятати, чому рівні скорочення деяких величин:

• "к" - "кіло", 103 = 1000
• "М" - "мега", 106 = 1000000

1. Необхідно перевести МГц на Гц. Ми отримаємо - 1,7 МГц = 1700000 Гц;

2. Довжину хвилі можна знайти за формулою:

• λ = c/v, де c – швидкість світла, v – частота випромінювання.

Швидкість світла у вакуумі практично дорівнює швидкості світла у повітрі. Електромагнітні хвилі та радіохвилі, рентгенівське випромінювання поширюються зі швидкістю світла. Отже, довжина радіохвилі частотою 1,7 МГц дорівнює:

300000000/1700000≈176,47м.

Які бувають довжини хвиль

Чим менша довжина хвилі, тим вища її частота і навпаки, тому розрізняють:

• довгі хвилі (ДВ), які лежать у діапазоні 1000м-10000м
• середні хвилі (СВ), що лежать у діапазоні 100м-1000м
• короткі (КВ), що лежать у діапазоні 10м-100м
• ультракороткі (УКХ), які лежать у діапазоні 10-6м-10м

Довгі хвилі можуть поширюватися до 2000 км, тому що відбиваються від поверхні землі.

Середні хвилі гасить поверхню планети. Дальність поширення таких хвиль залежить від часу доби.

Короткі хвилі поширюються величезні відстані, відбиваючись почергово від іоносфери і землі.

При поширенні хвиль у різних середовищах їх довжина може змінюватися, причому частота залишиться колишньої. Це від властивостей середовища поширення.